0I:10.133747j.issn1001-053x.2002.02.016 第24卷第2期 北京科技大学学报 Vol.24 No.2 2002年4月 Journal of University of Science and Technology Beijing Apr.2002 在乙醇介质中制备S02光子晶体及其表征 张辉2 赵晓峰) 唐清) 李文超” 1)北京科技大学材料科学与工程学院，北京1000802)中国科学院过程工程研究所，北京100083 摘要以乙醇为介质，用二氧化硅球沉降法制备有序性较好的人工欧泊(Op),并对二氧化 硅球排布进行了显微形貌及透射谱表征.结果显示二氧化硅微球有序堆积，其结构为类面心立 方晶型，与目前的理论研究结果符合得很好， 关键词光子晶体；人工欧泊；结构；表征；带隙 分类号 0433.1:0753 由于光带隙材料在自发辐射和光空间传播 精密抛光，平面度30nm的直径30mm、厚5mm 调控方面具有潜在的应用，能够增强半导体激 的光学玻璃片用氰基丙烯酸盐粘合剂粘结起 光器性能、构建新型光电器件、改善光纤通讯系 来，并确保不漏水.玻璃管的直径足够大，可以 统的效率等"，引起人们广泛关注.在光子晶 消除颗粒堆积过程中的边界效应.该模具的特 体的研究中，近红外一可见光波段的三维光子 点是基板使用了高平面度的光学玻璃，这样消 晶体制备是难点之一， 除了由于基板的凹凸不平造成的起始层颗粒堆 目前，构造三维光子晶体的惟一切实可行 积无序的弊端，使颗粒从第1层起就有序排列. 的方法是在水溶液介质中胶体悬浮液颗粒的自 通过对模具改进后制得样品的底面观察发现， 组装.对可见光波段的聚苯乙烯和二氧化硅三 样品底面像生长表面一样，同样出现了彩虹色， 维胶体光子晶体已有报道4，但在乙醇介质中 并且非常光亮，初步可以判定底面具有一定的 二氧化硅球的自组装尚未见报道.它们在光波 有序度.这在模具改进以前我们的实验中是没 段具有布拉格衍射效应；通过Kossel环或者光 有发现此现象的.另外，选择光学玻璃作底板， 透射测试证实二氧化硅胶体球的排布为类fcc 对于很薄、很脆的样品可以直接进行光学测试 结构；而聚苯乙烯胶体球的排布依据其体积填 1,2单分散、单尺寸的球形二氧化硅颗粒的合成 充率拟有类bcc和类fcc两种结构可.然而，由于 单分散、单尺寸的球形二氧化硅颗粒合成 胶体球为悬浮液，操作和控制很难 采用Stober方法m.经过反复试验探索，认为252 欧泊(Opal)是性能优良的天然光子晶体，它 nm的Si02颗粒合成的最佳条件为：35℃，[TE0S] 是非晶二氧化硅球的三维密排结构.近年来，人 0.283mo/L,NH]0.812mol/L,[H,O]2.3mo/L,所 工欧泊被视为一种很有前途的光带隙材料倍受 得粒径的标准偏差是5.7%.图1是Si02颗粒的 人们关注但由于其中的气孔使得欧泊的折 TEM像，可以看出，颗粒相当均匀. 射率大于相应的胶体晶体，从而使带隙展宽.若 以人工欧泊作为模板，在其孔隙内填充高折射 率材料，或由此制成反欧泊，就有可能得到 全带隙光子晶体 1 试验 1.1模具改进 将高50mm,直径中18mm的玻璃管，与经过 0.25um 图1直径252nm二氧化硅球的TEM像 收稿日期2001-12-22张辉女，34岁，博士生 Fig.1 TEM image of SiO,spheres with a diameter of 252 *国家自然科学基金资助课题No.59974026 nmDOI: 10. 13374 /j . issn1001 -053x. 2002. 02. 016